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專題27細(xì)胞工程(講)講考綱考情講考綱考情1.最新考綱(1)植物組織培養(yǎng)與體細(xì)胞雜交Ⅱ(2)動物細(xì)胞培養(yǎng)與體細(xì)胞克?、颍?)細(xì)胞融合與單克隆抗體Ⅱ2.最近考情2020全國卷Ⅰ(38)、2019全國卷Ⅱ(38)、2019全國卷Ⅲ(38)2018全國卷Ⅲ(38)、2017全國卷Ⅲ(38)講核心素養(yǎng)講核心素養(yǎng)1.生命觀念——細(xì)胞全能性的物質(zhì)基礎(chǔ),生物生長的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)等2.科學(xué)思維——模型與建模:植物細(xì)胞工程的基本操作流程及單克隆抗體的制備過程示意圖等3.社會責(zé)任——解決問題:植物細(xì)胞工程的應(yīng)用構(gòu)思維導(dǎo)圖構(gòu)思維導(dǎo)圖考點(diǎn)一:植物細(xì)胞工程核心突破例題精講核心突破例題精講【例題】(2021·北京高考真題)研究者擬通過有性雜交的方法將簇毛麥(2n=14)的優(yōu)良性狀導(dǎo)入普通小麥(2n=42)中。用簇毛麥花粉給數(shù)以千計的小麥小花授粉,10天后只發(fā)現(xiàn)兩個雜種幼胚,將其離體培養(yǎng),產(chǎn)生愈傷組織,進(jìn)而獲得含28條染色體的大量雜種植株。以下表述錯誤的是()A.簇毛麥與小麥之間存在生殖隔離B.培養(yǎng)過程中幼胚細(xì)胞經(jīng)過脫分化和再分化C.雜種植株減數(shù)分裂時染色體能正常聯(lián)會D.雜種植株的染色體加倍后能產(chǎn)生可育植株【答案】C【解析】A.簇毛麥與小麥的后代在減數(shù)分裂時染色體聯(lián)會紊亂,不可育,故二者之間存在生殖隔離,A正確;B.幼胚細(xì)胞經(jīng)過脫分化形成愈傷組織,愈傷組織經(jīng)過再分化形成胚狀體或叢芽,從而得到完整植株,B正確;C.雜種植株細(xì)胞內(nèi)由于沒有同源染色體,故減數(shù)分裂時染色體無法正常聯(lián)會,C錯誤;D.雜種植株的染色體加倍后能獲得可育植株,D正確。故選C。知識總結(jié)知識總結(jié)應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法,通過細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作,按照人的意愿來改造細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。操作原理和方法:細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)操作水平:細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平操作技術(shù):DNA分子水平目的:按照人的意愿來改造細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品植物細(xì)胞工程:植物組織培養(yǎng)技術(shù)、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)分類動物細(xì)胞工程:動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、動物細(xì)胞融合技術(shù)、核移植技術(shù)(一)植物組織培養(yǎng)技術(shù)【科學(xué)探究】1.細(xì)胞的全能性(1)概念:具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細(xì)胞,都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。(2)物質(zhì)基礎(chǔ):細(xì)胞中具有本物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。(3)表達(dá)條件:具有完整細(xì)胞結(jié)構(gòu),處于離體狀態(tài),提供一定的營養(yǎng)、激素和其他適宜外界條件。(4)全能性大?。ǚ只潭仍礁?,全能性越低)受精卵>生殖細(xì)胞>體細(xì)胞胚胎干細(xì)胞>多能干細(xì)胞>專能干細(xì)胞植物細(xì)胞>動物細(xì)胞(5)分化的實(shí)質(zhì):在特定的時間和空間條件下,基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。2.植物組織培養(yǎng)技術(shù)(1)原理:植物細(xì)胞的全能性(2)條件:離體、適宜的營養(yǎng)物質(zhì)(蔗糖)、植物激素、無菌操作及其他適宜外界條件。(3)過程(4)概念①脫分化:由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過程,又稱去分化。實(shí)質(zhì):恢復(fù)細(xì)胞全能性的過程。(由已分化狀態(tài)變?yōu)槲捶只癄顟B(tài))結(jié)果:形成愈傷組織。②愈傷組織:離體的植物器官、組織或細(xì)胞,通過細(xì)胞分裂,形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。③再分化:脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在一定的培養(yǎng)條件下,重新分化出幼根和芽,形成完整的小植株的過程。(5)植物激素所占比值:同時使用生長素>細(xì)胞分裂素:生根生長素<細(xì)胞分裂素:長芽生長素≈細(xì)胞分裂素:形成愈傷組織【變式訓(xùn)練】(2021·浙江鎮(zhèn)海中學(xué)模擬預(yù)測)下圖是胡蘿卜根細(xì)胞形成植株的示意圖,下列有關(guān)說法錯誤的是()A.過程③中進(jìn)行的細(xì)胞分裂是有絲分裂B.過程②表示細(xì)胞脫分化形成愈傷組織C.單個高度分化的動物細(xì)胞也可經(jīng)上述過程培養(yǎng)成新個體D.胡蘿卜根、莖、葉等功能不同,根本原因是基因選擇性表達(dá)【答案】C【解析】A.從單個細(xì)胞分裂、分化和發(fā)育成植物胚狀體,同受精卵分裂、分化和發(fā)育成胚的過程相似,故過程③中進(jìn)行的細(xì)胞分裂是有絲分裂,A正確;B.過程②由分離的單個細(xì)胞形成愈傷組織是細(xì)胞脫分化過程,B正確;C.高度分化的動物細(xì)胞的全能性很難表達(dá),單個高度分化的動物細(xì)胞不能經(jīng)上述過程培養(yǎng)成新個體,C錯誤;D.由于基因的選擇性表達(dá),導(dǎo)致胡蘿卜根、莖、葉等功能不同,D正確。故選C。(二)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)【科學(xué)探究】1.概念:將不同種的植物體細(xì)胞,在一定條件下融合成雜種細(xì)胞,并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。2.原理:細(xì)胞膜的流動性、植物細(xì)胞的全能性3.意義:克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,打破了不同種生物間的生殖隔離限制。4.過程(1)人工誘導(dǎo)融合的方法物理法:離心、振動、電激化學(xué)法:聚乙二醇(PEG)(2)植物體細(xì)胞雜交成功的標(biāo)志:再生細(xì)胞壁【知識拓展】易混知識1.具有全能性≠體現(xiàn)(實(shí)現(xiàn))全能性具有全能性:理論上,具有細(xì)胞核的活細(xì)胞都具有全能性;體現(xiàn)(實(shí)現(xiàn))全能性:只有發(fā)育成完整個體,才能說明體現(xiàn)(實(shí)現(xiàn))了細(xì)胞的全能性。2.有關(guān)植物體細(xì)胞雜交的3個易錯點(diǎn)(1)誤認(rèn)為植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果只是形成雜種細(xì)胞。植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果最終要經(jīng)過組織培養(yǎng)形成雜種植株。(2)誤認(rèn)為植物體細(xì)胞雜交屬于有性生殖。植物體細(xì)胞雜交過程中沒有有性生殖細(xì)胞的結(jié)合,因此不屬于有性生殖,應(yīng)為無性生殖。(3)誤認(rèn)為雜種植株的變異類型屬于基因重組。雜種植株的染色體數(shù)通常是兩親本細(xì)胞染色體數(shù)目之和,屬于異源多倍體,所以變異類型為染色體變異?!咀兪接?xùn)練】(2021·山東泰安·模擬預(yù)測)酸性土壤是pH小于7的土壤總稱,包括紅壤、黃壤、磚紅壤、赤紅壤等。酸性土壤在世界范圍內(nèi)分布廣泛,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。如圖表示利用耐酸植物甲(4N)和高產(chǎn)植物乙(2N)培育高產(chǎn)耐酸雜種植物的過程,圖中序號表示過程或處理手段,字母表示細(xì)胞、細(xì)胞結(jié)構(gòu)或組織名稱。下列敘述正確的是()A.①過程用到的酶是纖維素酶,A、B表示原生質(zhì)層B.②過程可以使用PEG或滅活的病毒誘導(dǎo)C.③過程得到的雜種細(xì)胞含有3個染色體組D.④⑤過程使用的培養(yǎng)基需加入生長素和細(xì)胞分裂素,但加入的比例不同【答案】D【解析】A.①過程是用酶解法去除植物細(xì)胞壁,用到的酶是纖維素酶和果膠酶,A、B表示原生質(zhì)體,A錯誤;B.②過程可以使用化學(xué)方法(聚乙二醇)或物理方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,但滅活的病毒是誘導(dǎo)動物細(xì)胞融合的方法之一,B錯誤;C.③過程得到的雜種細(xì)胞含有兩種細(xì)胞的遺傳物質(zhì),故有4+2=6個染色體組,C錯誤;D.決定植物④脫分化和⑤再分化的關(guān)鍵因素是植物激素的種類和比例,特別是生長素和細(xì)胞分裂素的協(xié)同作用在組織培養(yǎng)過程中非常重要,但加入的比例不同,D正確。故選D。(三)植物細(xì)胞工程的應(yīng)用【社會責(zé)任】1.植物繁殖的新途徑(1)微型繁殖(又叫快速繁殖技術(shù))優(yōu)點(diǎn):保持優(yōu)良品種的遺傳特性;高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。(2)作物脫毒①材料:植物的分生區(qū),如:莖尖。(原因:分生區(qū)附近的病毒極少,甚至無病毒)②優(yōu)點(diǎn):使農(nóng)作物增產(chǎn)。(3)人工種子①概念:以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料,經(jīng)過人工薄膜包裝得到種子。②優(yōu)點(diǎn):后代無性狀分離;不受氣候、季節(jié)和地域限制;解決某些植物結(jié)實(shí)率低、繁殖困難的問題。2.作物新品種的培育(1)單倍體育種①過程:②優(yōu)點(diǎn):明顯縮短育種年限;得到純合子,能穩(wěn)定遺傳。(2)突變體的利用突變體:在植物組織培養(yǎng)過程中,由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài),因此容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而發(fā)生突變,由此發(fā)育而成的個體稱為突變體。利用:從突變體中篩選出對人們有利的突變體,進(jìn)而培育成新品種(誘變育種)。3.細(xì)胞產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)(1)細(xì)胞產(chǎn)物:蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料等(2)技術(shù):植物組織培養(yǎng)技術(shù)(3)培養(yǎng)階段:愈傷組織階段(4)實(shí)例:人參皂苷、紫杉醇等【知識拓展】培養(yǎng)目的與對應(yīng)時期快速繁殖——完整植株細(xì)胞產(chǎn)物——愈傷組織進(jìn)行體細(xì)胞誘變育種——愈傷組織人工種子——胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽【變式訓(xùn)練】(2021·北京市海淀區(qū)精華培訓(xùn)學(xué)校模擬預(yù)測)為拯救珍惜植物紅豆杉,并同時獲得高抗癌活性物質(zhì)——紫杉醇,科研小組設(shè)計了如圖所示的實(shí)驗(yàn)流程。下列相關(guān)敘述正確的是()A.誘導(dǎo)紅豆杉莖尖經(jīng)過再分化過程形成愈傷組織B.整個培養(yǎng)過程中生長素和細(xì)胞分裂素的比例固定不變C.用液體培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)愈傷組織生產(chǎn)紫杉醇時,通常要通人無菌空氣D.同一株植物不同部位的組織細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)培養(yǎng)獲得的植株基因型一定相同【答案】C【解析】A.誘導(dǎo)紅豆杉莖尖經(jīng)過脫分化過程形成愈傷組織,A錯誤;B.培養(yǎng)基中生長素和細(xì)胞分裂素的用量比會影響細(xì)胞分化的方向,整個培養(yǎng)過程中生長素和細(xì)胞分裂素的比例不是固定不變的,B錯誤;C.用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)固定在一定空間內(nèi)的愈傷組織生產(chǎn)紫杉醇時,需要通入無菌空氣,利于細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸,C正確;D.同一植株不同部位的組織細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)培養(yǎng)獲得的植株基因型不一定相同,如花粉粒培養(yǎng)獲得的愈傷組織細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目是正常體細(xì)胞的一半,D錯誤。故選C??键c(diǎn)二:動物細(xì)胞工程核心突破例題精講核心突破例題精講【例題】(2021·浙江高考真題)將蝌蚪腸細(xì)胞的細(xì)胞核移植到去核的蛙卵中,形成重建的“合子”。有些“合子”發(fā)育成正常的蝌蚪,而單獨(dú)培養(yǎng)腸細(xì)胞卻不能發(fā)育成蝌蚪。下列敘述錯誤的是()A.腸細(xì)胞不能表達(dá)全能性是受某些物質(zhì)的限制B.“合子”第一次分裂后形成的細(xì)胞已失去全能性C.“合子”發(fā)育成正常蝌蚪的過程中伴隨著細(xì)胞分化D.細(xì)胞核具有全能性是由于其含有該物種的全套基因【答案】B【解析】A.動物細(xì)胞經(jīng)過多次分裂后,細(xì)胞質(zhì)的成分已經(jīng)發(fā)生改變,原本能激發(fā)細(xì)胞全能性的物質(zhì)已經(jīng)消失,故腸細(xì)胞不能表達(dá)全能性是受到了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的限制,A正確;B.“合子”第一次分裂、第二次分裂后形成的細(xì)胞仍具有全能性,B錯誤;C.“合子”發(fā)育成正常蝌蚪個體的過程中,需要通過細(xì)胞分裂增加細(xì)胞的數(shù)量,通過細(xì)胞分化增加細(xì)胞的種類,C正確;D.雖然細(xì)胞經(jīng)過多次分裂失去了激發(fā)全能性的物質(zhì),但細(xì)胞核仍含有該物種的全套基因,故動物細(xì)胞核具有全能性,D正確。故選B。知識總結(jié)知識總結(jié)(一)動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)【科學(xué)探究】1.過程2.原理:細(xì)胞增殖3.培養(yǎng)條件:(1)無菌、無毒的環(huán)境無菌:添加抗生素?zé)o毒:定期更換培養(yǎng)液(2)營養(yǎng):除葡萄糖、氨基酸、促生長因子、無機(jī)鹽、微量元素外,還需要加入動物血清、血漿等一些天然成分。(3)溫度和PH:36.5±0.5℃,PH為7.2—7.4(4)氣體環(huán)境95%空氣:提供O2(有氧呼吸)5%CO2:維持培養(yǎng)液的PH【知識拓展】(一)傳代培養(yǎng)10代以內(nèi):保持正常二倍體核型(可冷凍保存);10~50代:增殖逐漸緩慢,以致于完全停止,部分細(xì)胞核型可能發(fā)生變化;大于50代:發(fā)生突變,獲得不死性,等同癌細(xì)胞。(二)植物細(xì)胞和動物細(xì)胞培養(yǎng)的比較比較項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)原理植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞增殖培養(yǎng)基性質(zhì)固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基培養(yǎng)基特有成分蔗糖、植物激素葡萄糖、動物血清培養(yǎng)結(jié)果植物體細(xì)胞群體培養(yǎng)目的快速繁殖、作物脫毒等獲得細(xì)胞或、細(xì)胞產(chǎn)物【變式訓(xùn)練】(2021·浙江·高考真題)下圖為動物成纖維細(xì)胞的培養(yǎng)過程示意圖。下列敘述正確的是()A.步驟①的操作不需要在無菌環(huán)境中進(jìn)行B.步驟②中用鹽酸溶解細(xì)胞間物質(zhì)使細(xì)胞分離C.步驟③到④的分瓶操作前常用胰蛋白酶處理D.步驟④培養(yǎng)過程中不會發(fā)生細(xì)胞轉(zhuǎn)化【答案】C【解析】A.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程需要無菌操作,故步驟①的操作需要在無菌環(huán)境中進(jìn)行,A錯誤;B.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程需要用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理動物組織,分散成單個細(xì)胞,制成細(xì)胞懸液,B錯誤;C.傳代培養(yǎng)時需要用胰蛋白酶處理貼壁生長的細(xì)胞,使之分散成單個細(xì)胞,再分瓶培養(yǎng),C正確;D.步驟④為傳代培養(yǎng)過程,該過程中部分細(xì)胞可能發(fā)生細(xì)胞轉(zhuǎn)化,核型改變,D錯誤。故選C。(二)動物細(xì)胞核移植技術(shù)【科學(xué)探究】1.類型:胚胎細(xì)胞核移植(較易)體細(xì)胞核移植(較難)2.過程(1)克隆奶牛(2)克隆羊(3)體細(xì)胞克隆猴中中和華華3.要點(diǎn)原理:動物細(xì)胞核的全能性融合方法物理法:電脈沖(刺激)化學(xué)法:鈣離子載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑生殖方式:無性生殖前提:卵母細(xì)胞需培養(yǎng)到MⅡ中期技術(shù):核移植、動物細(xì)胞培養(yǎng)、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植【變式訓(xùn)練】(2021·山東淄博一模)2020年12月,青島農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院培育的克隆貓誕生,實(shí)驗(yàn)流程如圖所示。下列敘述錯誤的是()A.過程①采用了細(xì)胞工程中的細(xì)胞核移植技術(shù)B.過程②采用了胚胎工程中的早期胚胎培養(yǎng)技術(shù)C.通常將重組細(xì)胞置于含95%O2~5%CO2的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)D.胚胎的受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)【答案】C【解析】A.動物細(xì)胞核移植是指將動物的一個細(xì)胞的細(xì)胞核移入一個去掉細(xì)胞核的卵母細(xì)胞中,使其形成重組細(xì)胞,過程①采用了細(xì)胞工程中的細(xì)胞核移植技術(shù),A正確;B.過程②采用了胚胎工程中的早期胚胎培養(yǎng)技術(shù),B正確;C.通常將重組細(xì)胞置于含95%空氣+5%CO2的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),C錯誤;D.胚胎的受體對移入子宮的外來胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥反應(yīng),這為胚胎在受體內(nèi)存活提供了可能,D正確。故選C。(三)動物細(xì)胞融合技術(shù)【科學(xué)探究】1.過程:2.要點(diǎn)(1)原理:細(xì)胞膜的流動性、細(xì)胞增殖物理法:電脈沖(刺激)(2)融合方法化學(xué)法:鈣離子載體、乙醇、蛋白酶合成抑制劑生物法:滅活的病毒(3)結(jié)果:形成單核的雜交細(xì)胞(4)意義:突破了有性雜交方法的局限,使遠(yuǎn)緣雜交成為可能。為制備單克隆抗體開辟新途徑?!局R拓展】(一)人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)(熒光標(biāo)記法)(二)植物體細(xì)胞雜交和動物細(xì)胞融合的比較比較項(xiàng)目植物體細(xì)胞雜交動物細(xì)胞融合原理細(xì)胞膜的流動性植物細(xì)胞全能性細(xì)胞膜的流動性細(xì)胞增殖細(xì)胞融合的方法物理法、化學(xué)法物理法、化學(xué)法、生物法(滅活病毒)誘導(dǎo)方法去除細(xì)胞壁后誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合使細(xì)胞分散后誘導(dǎo)細(xì)胞融合用途獲得雜種植株獲得雜交細(xì)胞,主要用于制備單克隆抗體(三)動植物細(xì)胞之間的雜交【變式訓(xùn)練】(2021·福建漳州一模)細(xì)胞融合在自然狀態(tài)條件下和現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域均可實(shí)現(xiàn),具有廣泛應(yīng)用。如圖表示細(xì)胞融合的過程。下列敘述錯誤的是()A.自然狀態(tài)條件下和經(jīng)現(xiàn)代生物技術(shù)處理后的細(xì)胞融合過程都涉及細(xì)胞膜的流動性B.若細(xì)胞d是白菜-甘藍(lán)雜種細(xì)胞,則細(xì)胞a、b已經(jīng)過纖維素酶和果膠酶處理C.若細(xì)胞d是雜交瘤細(xì)胞,則在特定的選擇性培養(yǎng)基中形成后可進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)D.若細(xì)胞a、b分別取自優(yōu)良奶牛,則采集來的卵母細(xì)胞和精子不可直接體外受精【答案】C【解析】A.細(xì)胞融合在自然狀態(tài)條件下和現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域均可實(shí)現(xiàn),自然狀態(tài)條件下和經(jīng)現(xiàn)代生物技術(shù)處理后的細(xì)胞融合過程都涉及細(xì)胞膜的流動性,A正確;B.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)中,兩種細(xì)胞融合之前,需用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁,B正確;C.單克隆抗體的制備過程中需要進(jìn)行二次篩選,第一次是用選擇性培養(yǎng)基篩選出雜交瘤細(xì)胞后,還需要用抗原抗體特異性結(jié)合的原理篩選出能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細(xì)胞,再進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng),C錯誤;D.采集來的卵母細(xì)胞培養(yǎng)到減數(shù)第二次分裂中期,精子要經(jīng)過獲能處理,方可進(jìn)行體外受精,D正確。故選C。(四)單克隆抗體的制備【科學(xué)探究】1.過程2.要點(diǎn)(1)原理雜交瘤一種B淋巴細(xì)胞(漿細(xì)胞):分泌一種特異性抗體骨髓瘤細(xì)胞:體外無限增殖(2)給小鼠注射特定抗原的目的:刺激小鼠體內(nèi)產(chǎn)生能分泌特異性抗體的B淋巴細(xì)胞;(3)誘導(dǎo)融合常用方法:滅活病毒(4)第一次篩選:用選擇培養(yǎng)基,篩選雜交瘤細(xì)胞(未融合或同種融合的細(xì)胞都會死亡)第二次篩選:用專一抗體檢測,結(jié)果為陽性,即為能產(chǎn)生特異性抗體的雜交瘤細(xì)胞
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